复杂围岩大断面受损动压巷道修复技术

陈晓峰

（同煤集团生产技术部，山西 大同 037003）

引言

在巷道围岩比较复杂的情况下，围岩受到的地应力较大，也容易破碎，从而巷道很容易变形，维护起来困难较大。目前我国在复杂围岩的支护处理方面还存在一定的不足，不能有效结合实施现场的情况来进行支护方案的选择和确定。因此，要进行安全高效的煤矿开采，就要深入研究和探索在复杂围岩条件下的大断面受损动压巷道修复技术。目前国内外巷道支护技术主要有锚杆、U型钢可缩性支架、工字钢等。

1 复杂围岩大断面受损动压巷道的基本特征

复杂围岩是一种地下的工程环境，其地质条件比较特殊，常规的施工措施不能保证施工安全。这种复杂围岩的形成因素有很多，地质构造如裂隙、断层等，地应力或是水理作用等都能影响复杂围岩的形成。因此，研究复杂围岩条件下的巷道支护技术对于地下工程的施工安全十分重要。

1.1 复杂围岩巷道类型

目前我国复杂围岩巷道主要有五类：低强度围岩、膨胀性围岩、高地应力围岩、节理化围岩以及复合型围岩。

低强度围岩的结构特性比较软弱松散，岩石单轴的抗压强度较低（＜30MPa），低应力条件下就容易变形，甚至破坏。膨胀性围岩，这种围岩的特性是遇水容易膨胀，因为岩石包含了一些吸水性较强的黏性土矿物。高地应力围岩，顾名思义，是在高地应力下才会显著变形。在煤矿开采中，只有开采深度达到一定程度时，才会出现这种情况。开采深度越深，围岩变形程度就越大，受到的破坏就愈加明显，会相继出现岩体破碎、变形，甚至出现动力灾害现象。节理化围岩的结构强度较高，但是随着煤岩体的层理、节理和裂隙等的发育，使得整体的煤岩体强度降低，稳定性降低。在褶皱或断层等地质构造地带附近，往往会出现这种节理化围岩。复合型围岩就是同时存在两种及以上的围岩。

1.2 复杂围岩大断面受损动压巷道变形的影响因素

1）围岩性质。巷道底板为碳质泥岩的围岩一般强度较低，容易破裂。由于这种泥岩含有很多软化性的膨胀矿物成分，使得围岩遇水容易膨胀、软化，进而造成巷道严重变形。由于水的侵蚀，本已松散的岩体更容易出现流变情况，而且岩石软化后，其承载能力和强度都大大降低，围岩裂隙发育随之加快。所以，巷道支护结构的强度和承载能力主要受水的影响和围岩裂隙的发育的影响。

2）采动影响。在经过多种形式、不同方向的采动后，巷道内部围岩的应力也发生着变化，在多次采动影响后，巷道围岩的强度就会相应降低，从而可塑性升高，扩大了围岩松动的范围，这样巷道支护的条件更加不利。所以，采动的影响也是巷道变形和破坏的一个重要原因。

3）瓦斯爆炸和水的影响。当矿井发生瓦斯爆炸后，巷道开挖后的应力平衡就会遭到破坏，围岩应力随之变化，降低围岩强度，巷道严重变形。而且受瓦斯爆炸的影响，巷道受损严重，其宽度增加，而用来灭火的水会沿着巷道破坏后的裂缝延伸，使得巷道的变形更严重。

1.3 复杂围岩大断面受损动压巷道变形破坏的特点

1）变形时间长。复杂围岩大断面受损动压巷道变形有一定的规律，一般是蠕变变形三阶段。这种蠕变变形是指，随着时间的增加，应变速率先减小，然后保持不变，最后迅速增大，一直到岩体遭受破坏。

2）变形程度大。复杂围岩大断面受损动压本身的性质导致巷道变形的程度较大，在一些设置仰拱的地段，对顶板和侧帮进行了巷道支护，但这就对调整围岩应力增加了难度，底板是最薄弱的环节，容易发生应力的释放与体积的膨胀。

3）环向受压。一般的复杂围岩大断面受损动压巷道都是环向受压，在开挖巷道后，底板会发生底鼓，顶板也会变形，甚至掉落。这样在进行巷道支护时，就要控制底板，避免发生底鼓，造成两帮破坏，顶板掉落现象。

2 复杂围岩大断面受损动压巷道变形的破坏机理

2.1 巷道变形的破坏形式

巷道变形的破坏形式主要有四种，即顶板变形破坏、两帮变形破坏、巷道底臌破坏、顶板与两帮交汇处变形破坏。

顶板变形破坏，巷道顶板明显下沉，局部地方有冒顶现象，顶板破碎。顶板部分的预应力消失，锚杆裸露，梁掉落。钢带弯曲破断比较严重，巷道的大部分钢丝网破坏，失去作用，顶板出现离层现象。两帮变形破坏，主要是向巷道内变形，原因是工作面受到了支撑压力，还有巷道围岩释放的应力。

2.2 巷道变形的破坏原因分析

采用应力影响变形破坏分析，巷道形成中受到多方面因素影响，在巷道的方式和位置不同时，其受到的采用应力也不同。一般因采动影响将回采巷道分为三类，第一，位于未经采动的煤体内，巷道两侧均是煤体。第二，是巷道一侧为煤体，另一侧为稳定的采空区，也就是采动稳定巷道。第三，是上区段的运输巷与下区段的回风巷同时掘出，即正采动巷道。

2.3 巷道变形的破坏特征

巷道变形大，在破坏巷道之前，受工作采动影响，出现侧帮内移、底板下沉等现象。在采动影响下，巷道会出现较大的变形。在短时内，巷道顶板和底板与两帮的移近量会出现很大差别。巷道两帮应力较集中，变形范围加大。

巷道变形时间性，在复杂围岩的条件下，动压巷道的变形过程一般都具有时间性，这主要与动压源的位置和巷道位置有关。随着动压源由远及近变化，巷道变形程度和速度都明显加大。

巷道变形破坏形式多样，有底臌、冒顶、顶板下沉、两帮片帮等。动压巷道的常见破坏形式是底臌破坏，受动压影响，由于没有对巷道进行支护措施，巷道的两帮和顶板受到的应力得到释放，就会导致一定程度的底臌，而且随着采动的加快，巷道底臌的破坏就愈加明显。

2.4 巷道变形的破坏机制

巷道变形的破坏机制主要有三种，巷道顶板围岩变形破坏、巷道两帮围岩变形破坏和巷道底板围岩变形破坏。

巷道顶板围岩变形破坏，其形式主要是顶角的应力太大，使得顶板深部受到破坏。由于沿层面滑动方向发生内位移，使得巷道顶板下部的岩层与其上部岩层脱离开，这就导致顶板下部的岩层要独自承受力量。

巷道两帮围岩变形破坏，由于巷道构造应力的影响，岩体本来的应力平衡被破坏，致使巷道两帮出现裂纹，并向内扩展。而一旦产生裂纹，就使得巷道两帮的承载能力降低。

3 复杂围岩大断面受损动压巷道变形的修复技术

要充分利用巷道围岩的本身的承载能力，尽量维持巷道的稳定；要设置强度较大的巷道支护体来控制巷道围岩的变形，保证巷道围岩的施工安全；加强对巷道底臌的控制，用底角锚杆、可缩性的封闭金属支架来对底臌进行支护措施；要兼顾护顶和护帮；尽量分区支护，分段来施工。选择锚杆支护作为重点的巷道支护方式，锚杆支护可以提高围岩的强度，与围岩共同承担重量，形成完整的承载圈。

1）观察分析顶板、瓦斯等情况，制定出施工措施；

2）在冒落区周边打临时支柱，将冒落处的顶板托住；

3）逐步向冒落区推进，清理冒落矸石（煤）；

4）依次由一端架设棚子，棚子以上未接顶的地方要用木垛接顶；

5）进行安全检查，确认无危险后，方可收工。

4 结语

在复杂围岩环境下，大断面受损动压巷道的修复技术对于保证煤矿地下工程施工的安全极为重要。施工单位要选择和确定合适的巷道修复技术，就要对复杂围岩的巷道类型、复杂围岩大断面受损动压巷道变形和破坏的原因、特征、影响因素和机理等，进行深入分析与研究，结合实际的施工情况，选择合适的巷道修复技术，从而更好的保证煤矿地下工程施工的安全进行。

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